DE69018420T2

DE69018420T2 - Herstellungsverfahren für eine integrierte Schaltung mit abgelagertem Oxid.

Info

Publication number: DE69018420T2
Application number: DE69018420T
Authority: DE
Inventors: Ajit Singh Manocha; James Franklin Roberts; Rana Virendra Vir Singh; Ankineedu Velaga
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-12-29
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1995-10-19
Anticipated expiration: 2010-12-01
Also published as: DE69018420D1; US5328872A; EP0435477B1; EP0435477A2; JPH03291932A; EP0435477A3

Description

Hintergrund der Erfindung

So wie die Einzelteilmerkmale integrierter Schaltungen immer kleiner werden, die Anzahl der Komponenten von integrierten Schaltungen dagegen kontinuierlich ansteigt, wachsen zunehmend die Anforderungen an die bei der Herstellung integrierter Schaltkreise gewöhnlich benutzten Dielektrika. Ein Dielektrikum wird gewöhnlich auf der Oberfläche eines Wafers abgeschieden und so bemustert, daß Teile der Oberfläche selektiv freiliegen. Ein Metall oder ein anderes leitfähiges Material, aufgebracht auf die Oberfläche des Dielektrikums, sorgt für den Kontakt zu und zwischen den einzelnen Bauelementen. Die Oberfläche des Dielektrikums muß ziemlich eben sein, so daß das Metall, normalerweise Aluminium, ohne irgendwelche elektrischen Unterbrechungen darauf abgeschieden werden kann. Solche metallischen Niederschläge werden in der Herstellung um so schwieriger, je kleiner der horizontale Abstand zwischen den einzelnen Bauelementen wird und die Oberfläche des abgeschiedenen Dielektrikums Unebenheiten besitzt. Methoden, die Oberfläche des Dielektrikums zu glätten, sind gesucht worden. Bei einer typischen Methode zum Glätten dieser Oberfläche wird das Dielektrikum aufgeheizt, um es zum Fließen zu bringen. Jedoch ist Maximaltemperatur, auf den ein Schaltkreis erhitzt werden kann, deshalb niedriger weil z.B. die Bewegung des Dotierungsmittels im Halbleiter in dem Maße beschränkt werden muß, wie die Verbindungsstellen flacher werden. Das Dielektrikum ist typischerweise SiO&sub2; zu dem kleinere Mengen von Dotierungsmittel, wie Bor oder Phosphor, hinzugefügt werden, um die Temperatur zu verringern, bei der das Glas fließt. Phosphor fängt auch Natrium und verhindert seine Diffusion in die Verbindungsstellen.
Einige Techniken einschließlich des chemischen Abscheidungungsverfahrens aus der Dampfphase sind für die Ablagerung des Dielektrikums benutzt worden. Ein häufig verwendetes Verfahren oxidiert Hydride, wie SiH&sub4;, B&sub2;H&sub6; (Diboran) und PH&sub3; (Phosphin) mit Oxygen. Dieses Dielektrikum wird typischerweise als BPSG (Borphosphorsilikatglas) bezeichnet. Bei einer anderen Technik wird eine organische Silikonverbindung, z.B. Tetraethylortosilikat zerlegt, welches häufig als TEOS bezeichnet wird. Andere Verbindungen, z.B. Phosphine und Trimethlyborate, werden typischerweise als Dotantenquellen verwendet, nachzulesen z.B. im Journal of Vacuum Science and Technology, B4, Seiten 732-744, Mai/Juni 1986. Dieser Bericht geht auf das Niedrigdruckablagerungsverfahren von Borphosphorsilikatglas in Verbindung mit TEOS ein. Die Autoren berichten von Partikeldichten, die sich unter 0,2 pro cm² bewegen. Spätere Berichte handeln von der Abscheidung des Dielektrikums bei Atmosphärendruck. Nachzulesen z.B. in NEC Research and Development, 94, Seiten 1-7, Juli 1989. Die Autoren, die das Ozon dem Oxygen vorzogen, berichteten von nicht meßbaren Mengen irgendwelcher unerwünschter Verunreinigungen im Dielektrikum, obwohl nichts über die Konzentration der Partikel an der Oberfläche berichtet wurde.
Wir haben herausgefunden, daß TEOS-Schichten, die bei niedrigem Druck abgeschieden wurden, denen bei Atmosphärendruck abgelagerten vorzuziehen sind, weil sie glatter sind und eine geringere Anzahl von Partikel beinhalten. Auch TEOS-Schichten mit kleineren Mengen an Bor und Phosphor, häufig als BPTEOS bezeichnet, werden im Vergleich zu BPSG-Schichten bevorzugt, weil sie eine bessere Abdeckung von Stufen und eine geringere Tendenz zum Abblättern der Reaktionsoberfläche besitzen. Wir haben jedoch herausgefunden, daß BPTEOS-Schichten die unerwünschte Eigenschaft besitzen, während der Ablagerung Partikel anzuhäufen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt worden, das in Anspruch 1 definiert wird.
Das Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltkreise umfaßt das Abscheiden von BPTEOS unter niedrigem Druck aus chemischen Dämpfen und weiter umfaßt es die Schritte zur Vorbeugung gegen unerwünschte Ablagerungen von chemisch erzeugten Partikeln auf oder in der BPTEOS-Schicht. Den unerwünschten Ablagerungen von chemisch erzeugten Partikeln wird durch Reduzierung des Ausmaßes der chemischen Reaktion dadurch vorgebeugt, daß die Konzentration von schädlichen, flüchtigen Verbindungen im Ofen verringert wird. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird dieses dadurch erzielt, daß der Rückfluß von flüchtigen Bestandteilen in den Ofen beseitigt wird, solange dieser zur Atmosphäre hin geöffnet ist, daß man unerwünschten Verbindungen miteinander reagieren läßt und man das Produkt abführt. Es kann auch eine Schleusenkammer verwendet werden, wenn die Wafer in den Ofen geladen oder aus diesem herausgeholt werden. Die Schleusenkammer verhindert das Eindringen von Wasserdampf in den Ofen. Für die Ablagerung ist niedriger Druck wünschenswert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der passenden Apparaturen für die Umsetzung dieser Erfindung. Aus Übersichtlichkeitsgründen werden die einzelnen Elemente sind nicht maßstabsgetreu wiedergegeben.

Detailbeschreibung

Wir haben herausgefunden, daß sich während der Abscheidung von BPTEOS-Schichten im Auslaßteil des Reaktorgefässes oder des Ofens ein Rückstand bildet. Dieser Rückstand oder das Kondensat kann für die Beeinträchtigung der BPTOES-Schichten während des nächsten Durchlaufs mit verantwortlich sein. Wir glauben, daß die Luftfeuchtigkeit mit dem Kondensat reagiert und flüchtige Verbindungen herstellt, während der Ofen geöffnet ist, z.B. beim Be- oder Entladen einer Charge von Wafer. Wir vermuten, daß diese Verbindungen zurück in den Abschnitt für Abscheiden des Ofens vor oder während des Ablagerungsprozesses diffundieren und Grund für die unerwünschte Verunreinigung der BPTEOS-Schichten sind, und zwar infolge einer Reaktion der flüchtigen Verbindung mit einem der Vorstufengase, z.B. PH&sub3;, was dann wiederum zu chemisch erzeugten Partikel auf dem Dielektrikum führt. Die unerwünschte Verunreinigung kann dadurch reduziert werden, daß der Rückfluß der flüchtigen Verbindung in den Abscheidungsabschnitt des Ofens verhindert wird, oder daß die flüchtige Verbindung gebildet und ausgepumpt wird, oder daß die Bildung der flüchtigen Verbindung verhindert wird.
Ein geeigneter Apparat für die Umsetzung dieser Erfindung ist schematisch in der Zeichnung dargestellt. Die Zeichnung zeigt einen Ofen 1, ein Handgriffventil oder Flügelhahn 3, ein Abtrennventil 5, ein Bypass-Ventil 7 und eine Vakuumpumpe 9. Ebenso dargestellt ist die Schleusenkammer 11, die mit dem Ofen 1 verbunden ist. Der Ofen 1 ist ein typischer Reaktor, in dem Gase bei hoher Temperatur reagieren und eine Abscheidungsreaktion erzeugen. Das Handgriffventil ist mit dem Ofen verbunden und wird als Drosselventil benutzt. Die Trenn- und Bypass-Ventile sind parallel zueinander angeordnet und sowohl mit dem Handgriffventil als auch mit der Vakuumpumpe 9 verbunden. Das Bypass-Ventil oder ein separat in Reihe geschaltetes Ventil kontrolliert die Größe des Durchflusses. Die kraftgeschlossene Kammer 11 steht auch in Verbindung zu einem Vakuumsystem (nicht abgebildet). Die kraftgeschlossene Kammer sowie auch das Bypass-Ventil waren in der Apparatur des Standes der Technik nicht vorhanden. Die Gasquellen und andere Komponenten sind den mit der Materie vertrauten Fachleuten wohlbekannt und werden nicht abgebildet. Die Vorstufen sind TEOS, eine Borquelle, z.B. Trimethylborat (TMB), und eine Phosphorquelle, z.B. PH&sub3; oder Trimethlyphosphit oder eine andere organische Phosphorverbindung. Die Abscheidung erfolgt typisch bei niedrigem Druck, im allgemeinen 1,33 kPa (10 Torr) oder weniger. Für Fachleute ist es leicht verständlich, wie die abgebildete Apparatur zusammengehört und arbeitet.
Bei der typischen früheren Vorgehensweise wird am Ende eines Abscheidungsdurchlaufs der Ofen von der Vakuumpumpe abgetrennt, indem das Abtrennventil geschlossen wird. Der Ofen wird dann mit inertem Gas auf Atmosphärendruck gefahren und geöffnet. Die Wafer werden aus dem Ofen geholt und eine neue Charge von ihnen wird hineingelegt, etc.
In einer bevorzugten Ausführungsform lassen wir das Bypass- Ventil während des Austauschens der Wafer offen. Diese Prozedur ermöglicht es der Vakuumpumpe, dem Ofen auszupumpen, wenn auch mit einer niedrigeren Rate. Sogar mit dieser niedrigeren Rate werden die unerwünschten flüchtigen Verbindungen beseitigt, die das Ergebnis aus der Reaktion von zumindest einer Komponente der Luft mit dem Kondensat sind. Auch wird der unerwünschte Rückfluß in den Ofen verringert, da der Gasfluß vom Ofen zur Pumpe läuft. Die Luft streicht vorbei und reagiert mit den Rückständen, um flüchtige Verbindungen herzustellen, die wiederum durch die Pumpe aus dem Ofen herausgepumpt werden. Die Konzentration dieser Verbindung wird somit auf einen harmlosen Pegel im Ofen, während des nächsten Abscheidungsdurchlaufs reduziert. Damit werden die Reaktionen mit den Ablagerungsgasen reduziert, die sonst partikelförimge Verunreinigungen der BPTEOS-Schicht produzieren würden.
Alternativ in einer anderen Ausführungsform könnte die kraftgeschlossene Kammer 11 bei offenem Ofen dazu genutzt werden, die Wafer in oder aus dem Ofen zu bewegen. Kraftgeschlossene Kammern sind den Fachleuten wohlbekannt und bedürfen keiner detaillierten Beschreibung. Die Kammer ist mit einer Vakuumpumpe verbunden, so daß der atmosphärische Wasserdampf niemals in den Ofen eindringen kann, wenn die Wafer in den Ofen hinein oder aus dem Ofen heraus gefahren werden.
Nur der Teil des Abscheidens des Dielektrikums wird für den Herstellungsprozeß integrierter Schaltungen aus Gründen der Kürze und Übersichtlichkeit beschrieben. Die anderen Elemente des Herstellungsprozesses sowie die Schaltung selbst sind Fachleuten bekannt und werden nicht im Detail beschrieben. Z.B. werden die Fachleute leicht die notwendigen lithographischen Bemusterungsschritte, Dotierungsverfahren usw., ausführen können.
Variationen des beschriebenen Verfahrens werden für die Fachleute leicht einsichtig. Z.B. können andere Verfahren als die beschriebenen, die für die Reaktion des Kondensats, das Entfernen der Produkte und für die Reduzierung des unerwünschten Rückflusses der flüchtigen Verbindungen in den Ofen verantwortlich sind, für Fachleute offensichtlich sein. Ein separates Vakuumsystem könnte für das Entfernen der flüchtigen Verbindungen benutzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen mit folgenden Schritten:

ein Dielektrikum wird auf Wafer in einem Ofen (1) durch chemische Gasphasenabscheidung unter Niedrigdruck niedergeschlagen, wobei das Dielektrikum Tetraethylorthosilikat-Schichten mit kleinen Mengen an Bor und Phosphor (BPTEOS) umfaßt;

die Abscheidung unerwünschter chemisch erzeugter Partikel auf dem Dielektrikum in dem Abscheidungsofen wird verhindert, indem eine Schleusenkammer verwendet wird, wenn die Wafer in den Ofen geladen bzw. aus diesem entladen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verhinderungsschritt durch eine Senkung des Betrages der Rückströmung in den Ofen (z.B. 1) erfolgt, wenn der Ofen gegenüber Atmosphäre geöffnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verhinderungsschritt durch die Benutzung einer Schleusenkammer (z. B. 11) erfolgt, wenn die Wafer in oder aus dem Ofen (z. B. 1) beladen oder entladen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Abscheidung bei einem Druck von 1,33 kPa (10 Torr) oder weniger stattfindet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Phosphorquelle Phosphin ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die chemische Abscheidung aus der Dampfphase eine Phosphorquelle einsetzt, die ausgewählt ist aus der Gruppe, die Organophosphorverbindungen umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Verhinderungsschritt das Vorbeistreichenlassen wenigstens eines Anteils von Luft über den Austrittsabschnitt des Ofens um flüchtige Verbindungen zu bilden, und das Entfernen der flüchtigen Verbindungen aus dem Ofen umfaßt.